煤粉炉的分级燃烧技术研究

煤粉炉的分级燃烧技术研究

李焕松

（新疆美克化工股份有限公司841000）

摘要：就全球来说，无论对于哪一个国家，煤炭都是含量十分丰富的化石燃烧资源，成为各国工业化进程的主要动力。然而，煤炭在燃烧过程中会产生大量的气体，不单单污染环境，还会影响使用者的身体健康。本文重点探究了煤粉炉的分级燃烧技术，从而达到消除污染，加强安全性的目的。

关键词：分级燃烧技术；煤粉炉；NOX

经济的发展推动了人民生活水平的提升，也使得人民对于环境问题越来越重视。煤炭是作为十分重要的燃烧能源，其燃烧时会产生具有污染性的气体，而且若是燃烧不够完全，还会产生有毒气体，对周边人民的人身安全产生威胁。所以，十分有必要引入分级燃烧技术，降低污染气体以及有毒气体的排放。

1原理的相关概述

1.1NOX在燃煤过程中的产生

在燃煤时之所以能够生成NOX，很大程度上是由三种机理导致，分别是热力型NO，燃料型NO，瞬型NO。在空气里面富含大量的O2以及N2，两者通过氧化反应，成为热力型NO产生的基础。氧化反应的条件之一是一定的温度，基本上都需要超过1400摄氏度。除此之外，氧原子停留时间过长、含量比较高，同样会影响到热力型NO的生成。若是煤粉炉只可以实现固态排渣直流燃烧，那么在其排放的NO里面，热力型NO所占比重比较低，燃料型NO所占比重会比较高；瞬态型NO的产生依赖空气里面大量的氮分子。当碳氢燃烧时会生成CH2，氮分子会和氢分子、碳分子结合，生成NHi以及HCN，通过氧化反应会进一步生成NO。瞬态型NO含量高低与碳氢火焰里面氮气、碳浓度呈正相关。当焦炭燃烧殆尽，煤粉发生热解之后，煤里面所包含的氮会释放出来，而且在较短时间内转变为HCN，从而使得NHi生成的速度下降，从而存在如图1所示的平行竞争反应。

图1平行竞争反应

若是主燃烧区O2含量比较高，那么生成的NO含量比较高；反之，若是其中O2含量比较低，则会生成N2，使得NO含量下降。因此，通过平行竞争反应能够有效实现分级燃烧。如果碳氢化合物与NO接触，两者会发生反应生成HCN，从而使得NO含量下降。

1.2低NOX的分级理论

通过前文论述可以看出，若是主燃烧区中O2含量下降，则能够制约NOX的生成。分级燃烧采取的措施是转变送风方法，实现分区燃烧。也就是说以炉膛轴向作为前提，分级输送空气，使得主燃烧区的O2浓度下降，制约NOX的产生。除此之外，把燃尽风输送到炉膛上方，打造富氧氛围，实现煤粉的充分燃烧。当然，此过程也具有不足，因为燃烧温度过高，炉墙会发生还原反应。想要解决这一点，则是以炉膛径向为前提，分级输送空气。

通过分级系统，可以达到保护炉墙的目的，进一步来说可以充分使得煤粉燃烧所需要的过量空气系数下降，使得引、送机消耗的能量以及排烟损失得以改善。因此，选择分级燃烧技术并加以运用，不单单能够使得NOX的排放量下降，而且还可以提高炉膛中煤粉燃烧效率，进而大大加强经济效益水平。

2系统分析

就有些锅炉来说，其应当全面运用径向空气以及轴向空气分级，科学把控锅炉里面的空气分布，这样才可以真正达到分区域燃烧的目的。这样做能够制约NOX的生成，而且还可以使得结渣烧损和水冷壁腐蚀功能下降，提高锅炉工作效率。

第一，轴向空气分级。以炉膛垂直方向为基础，采取分级送风的策略，把原来输送到主要燃烧区域的空气的15%上下输送到燃尽区。与此同时，需要将燃烧器二次风出口的面积减少至低于15%。除此之外，还需要在炉膛上部添加大概10个燃尽喷口，其直径维持在270毫米上下。

第二，与切圆燃烧煤粉炉的四个角处安置燃烧器，而每一个燃烧器包含4个二次喷口、1个三次封口、3个一次风喷口，根据由上至下顺利摆放。在位于上部的4个二次封口、8个位于中部的二次风喷口里安置与喷口轴线呈22°的导流板，那么原来流向主燃烧区的15%到20%的风可以偏向炉墙，达到空气径向分级的目标。为了在炉墙周边营造氧化氛围，应当使得结渣与腐蚀现象下降。选择内置这一方法安置导流板，能够使得二次风喷口烧损现象得以下降，提高使用时长。

第三，分级燃烧技术所运用的思想为：主燃烧区O2浓度下降，实施亚化学当量的频养燃烧，避免粉煤燃烧时生成大量的NOX。想要运用分级燃烧技术，需要针对自身燃烧的煤质进行分析，从而以此为前提制定全面的计划。

第四，炉膛上方、炉墙周边O2含量提高，实施化学当量的抚养燃烧，避免于过热器、水冷壁周边由于温度过高而引发的还原性腐蚀，确保煤粉可以充分燃烧。通过径向、轴向风分级可以实现上述目标。同时，还可以使得锅炉里面的过剩空气系数下降，使得引、送机消耗的能量以及排烟损失得以改善，加强了锅炉的经济效益以及运转效率。

3技术讨论

3.1影响轴向分级风情况

当数值维持在1.12上下时，可以对炉膛出口中剩余的空气系统进行控制，从而提高轴向分级风所占比重，使得重点燃烧部位里面剩余的空气系数下降，这非常有助于制约NOX的构成。当负荷数值达到相应范围时，需要最大限度地提高燃尽风所占比重，这样做可以使得NOX所占份额下降，提高脱销速度。

3.2影响二次风径向的分布

当轴向分级风的负荷达到70%、80%以及90%时就可以关闭，此时检测径向空气分级对NOX的影响状况。径向空气分级可以把二次风分割为两个核心构成：第一，位于燃烧中心的四角切圆；第二，朝着炉墙所在的部位靠近，与燃烧中心存在相应的间距。这样做有利于推动煤与空气充分结合，一方面可以降低NOX的生成，另外一方面则是确保炉墙周边样化分为，使得炉墙结渣、腐蚀的概率下降。

3.3影响炉膛过量空气系统的情况

由图2不难看出，虽然总的过剩空气系统在炉中由原来的1.25下降到1.08，不过过热器以及水冷壁周边一氧化碳的浓度长时间维持在比较低的水平。这种现象表示，在切圆燃烧煤粉炉内充分利用径向空气分级以及轴向空气分级，确实可以使得炉内空气分布更加科学，从而使得总的过剩空气系统下降。采取上述对策，一方面可以降低NOX的排量，另外一方面则制约了炉墙结渣以及腐蚀。除此之外，因为锅炉里面的过剩空气系数下降，使得引、送机消耗的能量以及排烟损失得以改善，加强了锅炉的经济效益以及运转效率。

图2炉膛过量空气系数参数

4结论

我国经济发展十分迅速，伴随着经济发展的同时，工业化进程日益加剧。不过，对于工业行业来说，其动力的来源很大程度上依赖于煤炭燃烧。不过，煤炭燃烧时会产生很多具有污染性质的气体，在环保任务日益迫切的今天，降低煤炭燃烧过程中污染物的排放十分必要。因此，本篇文章重点阐述了煤粉炉的分级燃烧技术。想要运用分级燃烧技术，需要对炉膛内的径向空气以及轴向空气进行分级，使得其能够朝着主燃烧区以及燃尽区合理分流，实现煤粉的充分燃烧，制约NOX的生成，降低煤炭燃烧的污染性，同时还可以使得引、送机消耗的能量以及排烟损失得以改善，加强了锅炉的经济效益以及运转效率。

参考文献：

[1]潘东，张忠孝，张健，付振华，郭兴维.煤粉锅炉不同负荷下分级燃烧降低NO_x的试验研究[J].能源工程，2018（01）：43-47+54.

[2]钟克辉.采用煤粉分级燃烧技术降低NO_x浓度的实践[J].水泥技术，2017（04）：96-97+100.

[3]杨子海，樊超，张广科.煤粉锅炉低氮燃烧技术的应用及烟气氮氧化物生成量高的对策[J].大氮肥，2016，39（05）：317-319+330.

[4]高会平.煤粉炉的分级燃烧技术研究分析[J].科技创新导报，2015，12（13）：90-91.